50 Gbit/s前传光模块关键技术研究与应用展望

随着全球5G网络的规模化商用及移动互联网流量的迅猛增长,更为丰富的无线频谱资源得以释放,高速率光模块在无线前传网络中的需求日益凸显。聚焦于50 Gbit/s前传光模块的关键技术,深入剖析了前传网络的两种主要组网方式,分析了前传链路的典型传输距离及链路损耗情况,探讨了10 km场景下粗波分复用(coarse wavelength division multiplex,CWDM)中各波长的最大色散值和最小色散值,并研究了相应的色散补偿策略,通过实验验证了不同多径干扰(multi-path interference,MPI)强度下系统光功率代价的变化,详细分析了多径干扰噪声对系统误码性能的潜在影响,为前传光模块参数的优化提供了重要的理论依据。此外,深入研究了50 Gbit/s前传光模块的光电芯片技术方案,对多种不同类型光模块的参数性能进行了严格的测试,提出了针对50 Gbit/s前传光模块光电接口参数的标准化建议,详细介绍了当前50 Gbit/s前传光模块在国内外的标准现状,并展望了未来应用的发展趋势。

基于DWDM的超100 Gbit/s混合组网分析

【目的】近年来,数据通信量呈爆炸性增长,为了应对高速、高容量数据传输及网络应用场景多样化的需求,超100 Gbit/s密集波分复用(DWDM)混合组网作为一种高效的解决方案逐渐受到关注。文章通过对超100 Gbit/s DWDM混合组网的需求、关键技术及实际案例进行分析,为构建高容量、高效率的通信网络提供了技术支持和指导。【方法】文章首先阐述了网络发展在容量扩展和支持复杂网络设计方面的需求,其次重点介绍了超100 Gbit/s混合组网的关键技术,包括星座图整形、频谱整形和灵活栅格技术等。其中,为支撑混合组网的业务速率设计,提供了一种用于级联掺铒光纤放大器(EDFA)通信系统的光信噪比(OSNR)计算方法,仅利用信道配置信息、发端信号光功率、EDFA的增益及噪声等相关参数,即可计算出整个链路中各个波长的输出OSNR。最后,结合海外某网络案例,根据实际链路OSNR评估情况,合理进行混合速率网络设计,论证了超100 Gbit/s DWDM混合组网在实际工程中的应用效果。【结果】通过应用超100 Gbit/s DWDM混合组网,根据OSNR评估情况灵活配置传输速率和传输带宽,实现了200、600和800 Gbit/s混合速率网络部署,既满足了核心站点的大容量需求,也兼顾了边缘站点的长途大跨度需求,并在3年期间实现了网络的平滑升级和扩容。【结论】实践证明,超100 Gbit/s DWDM组网能够有效提升网络容量、灵活性及频谱资源利用率,同时也为网络的持续演进提供了空间,是推进大容量光传输网络发展的重要手段。

50 Gbit/s PON高性能接收技术的研究

【目的】为了应对不断增长的超千兆需求,从千兆走向万兆,从第五代固定网络(F5G)走向高级第五代固定网络(F5.5G),50 Gbit/s无源光网络(PON)被认为是F5.5G的重要组成部分。故文章针对当前接入网络发展状况,对50 Gbit/s PON技术进行了深入研究。【方法】文章首先介绍了实现50 Gbit/s PON高灵敏度面临的困难,并提出了解决方案。方案中,50 Gbit/s的非归零(NRZ)信号通过雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)探测器,在强电场的作用下形成可被检测到的宏观电流,该电流通过跨阻放大器(TIA)放大并转换成电压输出。对其进行均衡处理,采用光数字信号处理(oDSP)芯片的前馈均衡器(FFE)和判决反馈均衡器(DFE)对脉冲信号的拖尾现象进行补偿后,再通过DFE将码间干扰的影响降到最低。接着重点分析了APD、TIA和oDSP等关键技术,并采用25与50 Gbit/s APD对接收性能进行比较。【结果】两组实验测试结果显示,第1组实验25 Gbit/s APD在测试时间4 min内接收信号无误码,接收光功率为-8.48 dBm,当误码率(BER)为2.78e-2时,接收光功率达-26.61 dBm;在使用50 Gbit/s APD的情况下,4 min内接收信号无误码时,接收光功率为-8.97 dBm。当BER为2.78e-2时,接收光功率达到-27.05 dBm,第2组数据50 Gbit/s APD-2也达到了同样的实验效果。【结论】50 Gbit/s APD接收灵敏度更高,性能更好,更适合使用在50 Gbit/s PON光模块中实现高性能接收。最后文章针对未来降成本方案在均衡技术与APD上的应用提出了可行性分析。

超100 Gbit/s相干PON系统关键技术研究

50 Gbit/s无源光网络(PON)标准已趋于完善,后50 Gbit/s PON时代的技术标准尚属空白,亟待开展相关研究以推动整个产业链从系统、模块和芯片等方面提前进行布局。文章判断单波长200 Gbit/s速率和相干技术将会是继50 Gbit/s PON之后下一代PON系统的两大关键特征。单波长200 Gbit/s速率对运营商具备更大的吸引力,而强度调制/直接检测(IM/DD)技术难以持续满足200 Gbit/s速率下系统对Class C+等级功率预算的要求,需要采用灵敏度更高的相干技术。然而PON系统是一种典型的点对多点(P2MP)拓扑架构,将相干技术下沉到PON还有许多关键技术需要攻克,其中,涉及PON系统设备和媒体访问控制(MAC)芯片的架构重构、相干PON光模块的单纤双向(Bi-Di)技术改造、突发模式的相干发送与接收技术以及相干PON系统的波长管控技术。时分复用(TDM)仍然是实现P2MP传输的推荐方式,在TDM基础之上可以叠加新的复用维度,例如子载波复用(SCM)。新复用维度的引入给PON系统带来了灵活性,但同时也增加了设计的复杂度,将会颠覆当前的PON系统架构。叠加了SCM的相干PON系统将不再采用数字化接口方式与光模块进行连接,光模块本身需要具备高度线性驱动和调制能力。此外,用户侧光模块需要具备瞬时开关能力,以避免对其他用户造成干扰,因此需要开发新型的支持突发控制功能的相干光芯片。考虑到上行P2MP的突发相干接收环境,需要从系统层面实现对多个用户激光器的波长管控,避免上行方向因多用户波长快速切换造成的局端频偏估算偏差问题。综上,将相干技术应用于PON将会是一个全新的复杂系统工程,难以直接继承现有相干系统架构,需要匹配P2MP的应用需求,从芯片、模块和设备多个方面实现技术创新。

超100 Gbit/s PON:灵活速率和相干架构(特邀)

2021年国际电联电信标准化部门(ITU-T)完成50 Gbit/s无源光网络(PON)的标准制定,当前设备商和运营商已经完成样机验证,ITU-T成立Beyond 50 Gbit/s PON讨论组开始研讨未来PON相关技术方案,因此Beyond 50 Gbit/s PON成为当前光通信领域的研究热点。根据前几代PON标准的速率演进规律推测,Beyond 50 Gbit/s PON的速率预计将超过100 Gbit/s。文章将分析超100 Gbit/s PON面临的问题和挑战,重点介绍灵活速率PON和相干PON架构这两个潜在技术路径及其关键技术方案,为未来超100 Gbit/s PON的研究和标准制定提供参考。

200 Gbit/s PAM4光发射组件封装技术研究

针对200 Gbit/s PAM4光收发模块的设计需求,提出了一种基于四阶脉冲幅度调制(PAM4)、数据传输速率达200 Gbit/s的光发射组件封装方案。该封装内部集成了4路PAM4电/光转换通道,单通道数据传输速率为50 Gbit/s。介绍了该200 Gbit/s PAM4光发射组件的组成和技术难点,然后对其中的50 Gbit/s数据传输通道进行了建模、仿真和优化,最后完成了样品的测试。测试结果表明:样品的单通道PAM4数据速率可达50 Gbit/s,整体PAM4数据速率可达200 Gbit/s,满足光收发模块的设计需求。

200 Gbit/s SR4光收发模块的研究与设计

针对互联网的高速发展,现代数据中心寻求一种高速率、高带宽的信息传输方式。光纤通信因其大容量以及低损耗的特点脱颖而出。光收发模块是光纤通信系统中完成光电信号转换的关键部件。该文重点分析了200 Gbit/s SR4光收发模块的基本原理,主要阐述了模块的发射单元、接收单元、管理单元及数字处理芯片4个部分。测试了200 Gbit/s SR4光收发模块的主要指标,测试结果表明,模块可以满足协议的各项要求。

400 Gbit/s PAM4 DR4硅光模块研究

针对数据中心日益增长的带宽需求,提出一种基于PAM4的400 Gbit/s DR4硅光模块的解决方案。阐述PAM4的基本原理、400 Gbit/s DR4硅光模块的设计原理、技术方案、测试方法及测试结果。测试结果得到了性能优良的眼图及误码率,表明基于PAM4的400 Gbit/s DR4硅光模块是数据中心良好的解决方案,在高速光通信系统中有广阔的应用前景。

100Gbit/s以太网关键技术研究及实现

文章首先介绍了100Gbit/s以太网及传输的关键技术,然后分析了现有商用高速光电子器件状况,介绍了烽火通信科技股份有限公司在100Gbit/s以太网接口及设备方面的研究进展和成果,以及4×25Gbit/s信号在常规G.652和G.657光纤上50km无误码传输的研究研究进展。研究成果表明,100Gbit/s以太网技术已经成熟,可以实现商用。

N×100 Gbit/s波分关键技术浅析及系统保护研究与测试

在分析100 Gbit/s波分关键技术的基础上,分析研究了100 Gbit/s波分系统的OLP方案,并进行了测试验证,结论对于100 Gbit/s波分网络的维护具有重要的指导作用。

100 Gbit/s CFP光收发模块的研究

随着网络流量的持续增长,100 Gbit/s以太网已开始商用,100 Gbit/s以太网的客户侧光模块为100 Gbit/s CFP(小型可插拔式)光收发模块。文章介绍了100 Gbit/s CFP光收发模块的相关标准,并给出了一种模块的设计方案。该模块由速率转换单元、发射单元、接收单元及控制单元组成。依照IEEE 802.3ba标准对模块进行了测试,结果显示该模块单通道发射平均光功率达到了1.47dBm,接收灵敏度达到了-9.5dBm,各项性能完全符合相关标准,能够应用于100 Gbit/s以太网中。

40Gbit/s高速光传输技术的应用与挑战

简要分析了40Gbit/s高速光传输技术的发展背景和应用现状;深入分析了对其面临的挑战,例如现网光纤PMD对其传输距离的限制,持续降低成本的挑战,与100Gbit/s的分工和竞争等;最后对其发展进行了展望。

100Gbit/s级联交错相位调制码型信号的传输性能

介绍了一种应用于100Gbit/s传输系统的新型光信号调制码型——交错差分相位调制码(SDPSK)。该码型的解调仅通过一个1bit延时的马赫曾德尔延时干涉仪和一个平衡接收机即可实现。与传统的4种级联相位调制码型进行长距离传输特性比较后证明:基于NRZ码和50%占空比RZ码的SDPSK码与相同包络的DPSK码具有几乎相同的色散容限和一阶偏振模色散容限;与有相同包络的DPSK信号和差分四相相移键控码(DQPSK)信号相比,基于NRZ码和RZ码的SDPSK信号具有更高的抵抗非线性负面效应的能力;经过90km普通单模光纤传输并采用16km色散补偿光纤进行后置色散补偿后,通过带宽值大于125GHz的三阶高斯滤波器检测光信号,RZ-SDPSK信号的接收性能最佳。

400Gbit/s骨干网用超低损耗超大有效面积光纤的开发

损耗和非线性是影响超100Gbit/s高速光通信系统性能最为关键的因子。文章设计并研制了一种适合400Gbit/s高速传输用的新型单模光纤,该光纤具备超低损耗与超大有效面积特性,在1 550nm波长处衰减为0.165dB/km,在1 625nm波长处衰减为0.179dB/km;在1 550nm波长的模场直径为13.96μm,有效面积为153μm2。该光纤具备优良的抗弯曲性能,其关键技术指标优于当前国际技术水平,可为下一代高速光纤通信提供关键基础材料支撑。

基于OTN的10Gbit/s单跨段超长距传输性能研究

基于光传送网OTN的10Gbit/s长距离传输作为当前通信网中的关键技术之一,已经成为研究热点。为了节约传输成本,适应大规模、大跨度的组网模式,总线路长度达数千千米的超长距传输技术在当前传送网中的需求越来越大。本文主要通过对铁路光传送网单跨段160km的传输性能进行试验与分析,为整个光传送网络的单跨段超长距传输提供理论依据,并为实现多跨段n×160km提供技术支撑。通过搭建与铁路光传送网相吻合的实际测试环境,在不使用拉曼放大器的基础上分析铁路光传送网中3个关键技术存在的问题,得到实现单跨段超长距传输在整个光传送网络OTN应用中存在的限制条件,并提出有效的解决方法,最大程度提高超长距的传输距离。

400Gbit/s传输性能研究与应用分析

针对400Gbit/s传输性能及应用问题,仿真分析了400Gbit/s不同技术方案的传输距离与频谱效率、入纤功率限制与非线性效应,结果表明,4×100Gbit/s技术可以满足骨干网1 000km以上的传输需求,而2×200Gbit/s技术则必须结合低损耗或超低损耗光纤以及新型低噪声光放大器等才可能实现。城域网、数据中心等的大带宽互联可能率先采用400Gbit/s技术,而2×200或4×100Gbit/s可以满足传输容量和传输距离的一般需求。

光通信用10Gbit/s Transponder的设计

本文分析了在高速光模块设计中介质损耗和微带结构对信号的影响,并对PCB中信号串扰模型的参数进行了计算.解决了高速光模块设计的一些关键问题,设计出满足MSA的300-pin transponder,并对模块进行了一系列性能和指标测试.测试结果表明,该模块完全满足SDH/SONET(STM-64/OC-192)以及10G Ethernet应用要求.

100Gbit/s波分复用系统光层保护方式探讨

文章首先介绍了100Gbit/s波分复用系统中几种常用的光层保护方式,探讨了其技术本质及优劣势,然后结合现网案例进行系统性能模拟分析,最后给出了100Gbit/s波分复用系统保护方式选择的建议。

基于锁相环的10.709 Gbit/s时钟数据再生模块

作者采用D-FF触发器、鉴相器和VCO构成的锁相环,研制出了码率为10.709 Gbit/s的时钟数据再生模块.该模块的中心工作码率可在9.5～11 Gbit/s之间设定,锁定带宽Δf≈110MHz,输入信号幅度VINp-p80～1600mV,输出信号幅度VD-p-p≈900mV,输出信号抖动均方根值JD-RMS≈1.5～1.6ps、抖动峰峰值JD-p-p≈7～8ps.

N×40 Gbit/s波分系统在线带内信噪比测试方法研究与验证

在40Gbit/s和ROADM波分系统中,传统的信噪比测试方法已不适用,需要进行带内信噪比测试。积分法虽然可以测试带内信噪比,但由于需要反复打开和关闭信号光,并且每次只能测试一个通道,不适于系统测试。目前的偏振法具有多种类型,本文重点讨论了混合偏振差分光谱分析法的原理,并且进行了实际的验证测试。